关键词： 液氮致裂   数值模拟   吸附特性   孔隙结构  

摘要： 煤层气作为煤炭的伴生资源,其高效利用不仅可以减少矿井灾害,而且还可以减少污染、保护环境。我国煤层普遍存在低渗透率和透气性的特点,如何提高煤层气抽采效率,逐渐成为行业共识和学界研究热点。本文以云南布沼坝低阶褐煤、安徽许疃中阶烟煤与山西阳泉高阶无烟煤为研究对象,探究煤体液氮致裂孔隙结构与吸附特性及工程尺度致裂规律。首先,分析液氮致裂对不同温度梯度、不同煤阶影响机理。其次,通过压汞实验和甲烷吸附实验定量表征了液氮致裂前后煤体孔隙变化与吸附特性。借助煤体吸附瓦斯测试仪和压汞测试仪开展不同温度梯度、不同煤阶煤样甲烷吸附实验,揭示了液氮致裂对不同温度梯度、不同煤阶的吸附特性规律。最后,构建液氮致裂煤层热力学模型,建立不同地温、不同钻孔间距与不同钻孔直径的液氮致裂增透煤层的数值模拟。本文主要研究成果如下:(1)通过压汞实验和甲烷吸附实验,对液氮致裂前后煤体孔隙结构演化特性和吸附特性进行研究,其研究表明:液氮致裂使煤体孔隙结构发生改变,吸附能力有所降低。具体表现为液氮致裂后煤体的微孔、小孔以及中孔的孔径占比减少,大孔的孔径占比增加,分形维数减小,吸附平衡压力升高以及吸附量降低。煤体的孔隙贯通性和透气性增加,从而达到增透煤体的效果。(2)研究了不同温度梯度煤体液氮致裂的吸附特性,其研究表明:煤体温度梯度越大,液氮致裂后产生的热应力越大,孔隙结构发生破坏,吸附量就越少。液氮致裂对煤层的温度场和应力场影响范围越大,煤层的渗透率增加。液氮致裂后随着煤体温度梯度的升高,煤体对甲烷的吸附量减小。(3)研究了不同煤阶煤体液氮致裂的吸附特性,其研究表明:不同煤阶液氮致裂后,煤体的吸附量均减小,吸附势减小,吸附空间减小,煤体对甲烷的吸附位也随之减小,甲烷更不容易吸附至煤体孔隙。液氮致裂前后煤体对甲烷吸附量与煤体变质程度均满足“U”形关系,即煤体变质程度增加,煤体对甲烷的吸附量呈先减小后增大的趋势。(4)通过对液氮致裂的工程尺度数值模拟,其研究表明:钻孔间距逐渐增大,液氮致裂效果逐渐减弱、致裂范围逐渐增大;钻孔直径越大,液氮致裂的效果和范围越好。但是面对现场施工时,钻孔直径和钻孔间距的增加会带来成本的急剧增加,因此,针对煤层的不同的情况,合理选择钻孔直径和钻孔间距可以提高液氮致裂效果,从而节约成本。本论文有图34幅,表2个,参考文献91篇。

关键词： 石灰石   煅烧   硫化   格子Boltzmann方法  

摘要： 基于介观尺度(多孔介质尺度)研究循环流化床锅炉炉内石灰石脱硫机理,引入格子Boltzmann方法建立石灰石煅烧反应和硫化反应的反应动力学模型,采用C++语言开发了石灰石脱硫反应计算程序,并利用该程序研究了煅烧反应和硫化反应特性。结果表明,随着煅烧反应的进行,CaCO_(3)逐渐被消耗,并生成多孔的CaO;提高温度可促进煅烧反应的进行,提高环境CO_(2)质量浓度会抑制煅烧反应。对于硫化反应,生成的CaSO_(4)会覆盖在CaO表面并使孔隙变小进而逐渐堵塞,导致部分CaO未反应完全,提高SO_(2)质量浓度可促进硫化反应的进行,而O_(2)质量浓度的影响与此相反,且SO_(2)质量浓度的影响更大。

关键词： CO_(2)-EOR   孔隙尺度   LBM   流体物性   混相机制  

摘要： CO_(2)提高石油采收率(CO_(2)-EOR)技术是油藏开采的有效方法之一,特别对低渗油藏、高黏油藏和高含水油藏的开采效果尤为显著,有望成为我国中后期油田三次采油的备选技术。利用格子玻尔兹曼方法(LBM),研究了高温高压条件下CO_(2)混相驱在多孔介质内的流动特性,模拟了高温高压条件下孔隙尺度内CO_(2)-nC10系统的混相驱替过程,通过CO_(2)混相驱可视化实验对孔隙尺度LBM模拟进行了验证,探讨了孔隙结构、流体物性以及驱替方向对CO_(2)混相驱过程的影响。当油与CO_(2)的黏度比小于4.9时,垂直向上驱替过程将出现指进现象,在水平驱替过程中存在CO_(2)超覆现象。在孔隙尺度下,基于LBM数值模拟分析了CO_(2)与不同种类油的混相运移规律,揭示了不同驱替方向下孔介质内CO_(2)混相驱的流动特性及混相机制,为CO_(2)混相驱的跨尺度深入研究奠定基础。

关键词： 渗流规律   孔隙类型   致密砂岩   两相共渗区  

摘要： 针对苏里格气田中北部苏53区块复杂的气水流动影响气井产能的问题,对目标储层的渗流规律开展研究。采用常规压汞、铸体薄片以及荧光薄片等技术手段,综合分析目标储层的孔隙结构特征,结合气水相渗实验与孔隙尺度下的气水两相数值模拟以及泄压实验,揭示苏里格中部致密砂岩储层开发过程中不同孔隙类型的气水渗流规律。结果表明:粒间孔-粒间溶孔、岩屑溶孔-粒间溶孔和岩屑溶孔-晶间孔为研究区主要的3类孔隙组合类型;流体在不同孔隙类型组合下的渗流规律差异明显;储层物性越好,两相共渗区越宽,等渗点处相对渗透率越高,束缚水饱和度越低;当驱替压力小于毛管阻力时,气相以水包气的形式赋存于孔喉中,阻碍水相流动,导致气水渗流能力大幅降低,形成低效共渗区;当驱替压力大于毛管阻力时,气水两相渗流能力最强,驱替时间最短。泄压实验表明:岩样孔隙类型越好,其泄压时间越短,压降幅度越大,采出程度越高;岩样孔隙类型越差,残留水越多,气体渗流能力越弱,采出程度越低;压汞与相渗结合结果表明,目标储层束缚水转变为可动水的生产压差界限为12 MPa。该研究结果对了解目标储层渗流规律有一定帮助,为苏里格气藏高效开发及后续开发方案的调整提供理论依据。

关键词： 相变微胶囊   储热   孔隙尺度   数值模拟  

摘要： 设计了3种不同粒径的相变微胶囊储热单元,通过建立储热单元储热过程的数学与物理模型,在孔隙尺度下基于有限元法研究了相变微胶囊粒径尺寸对储热单元储热特性的影响,对比3种不同储热单元在相同工况下储热时间、熔化速率、有效导热系数及热通量等性能参数的差异。结果表明:相变微胶囊粒径对储热单元的储热性能有显著影响。随着相变微胶囊粒径增大,孔隙率减小,PCM的储热时间增加。在熔化过程中,相变微胶囊有效导热系数随熔化时间逐渐降低至定值,PCM热通量先急剧增加后逐渐减小。相变微胶囊粒径是影响PCM固液相分布的关键控因,PCM的熔化速率随着相变微胶囊粒径的增大而减小,熔化速率在初始阶段较大,但随着时间推移逐渐降低。

关键词： 水泥基材料   渗透系数   孔隙率   宏细观数值模型   多尺度法  

摘要： 水泥基材料是以水泥为基本胶结材料的多孔介质,孔隙率、孔隙尺寸及结构决定其渗透特性。对于低渗透性水泥基材料,物理测定其水力渗透系数较困难。为此,从细观尺度着手,基于向上扩展多尺度法,随机生成不同孔隙率的渗流三维模型,采用分级计算、逐级逼近方式,实现细观与宏观模型材料参数传递;应用图型结构与Dijkstra算法,判断孔隙连通性,研究了水泥基材料渗透性与其孔隙参数的关系。研究结果表明:①等效渗透系数随孔隙宽度的增加而增大,与孔隙尺寸的平方近似成正比。②孔隙的连通性随着孔隙率的增大而增强,有效孔隙率随之提高,等效渗透系数与有效孔隙率成二次函数关系。③当总孔隙率小于或等于0.2时,孔隙网络将不再连通,水泥基材料可视为不透水介质。

关键词： 优先流   优势通道   微米CT   孔隙网络模型   孔隙结构  

摘要： 电子计算机断层扫描(computed tomagraphy, CT)技术正被广泛应用于岩土多孔介质中孔隙的定量化表征,然而以往关于黄土孔隙定量化的相关研究存在CT扫描的分辨率不足问题,无法精准识别出黄土中的全部大孔隙。基于高精度的微米CT,以陕西延安Q黄土为例,在提取的黄土中真实孔隙结构的基础上,借助概化的孔隙网络模型研究了黄土的孔隙、孔喉和孔喉配位数分布特征,发现三者均呈对数正态分布;通过简化的Navier-Stokes方程及孔隙网络模型定量化地研究了在给定边界压差下管状通道、裂隙形成的优势通道中压力及流速的分布,与不含优势通道的代表性体积单元进行对比,发现裂隙对整体渗流特性的影响为均匀促进型,而管状通道为渗流集中型;在求得渗透系数后与原状黄土及重塑黄土的室内渗透实验结果进行对比验证了计算模型的可靠性。

关键词： 页岩油   孔隙尺度   水平集方法   运移特征   多次运移   残余油  

摘要： 页岩油在多孔介质孔隙尺度内流动过程复杂。基于水平集方法和N-S控制方程,建立页岩油多孔介质孔隙尺度运移模型,模拟页岩油多孔介质尺度多次运移过程,分析页岩油在多孔介质中的运移残留规律,以及孔隙尺度下初始运移速度、密度和动力黏度对页岩油运移周期的影响。结果表明:页岩油初次运移时优先从大通道突破并形成优势流动通道;初次运移后滞留残余气逐渐形成顽固残余油;随运移次数的增加,多孔介质中残余油增多,页岩油运移周期变短;页岩油初始运移速度对残余油体积分数影响较大,页岩油密度和动力黏度对残余油体积分数影响较弱。该结果为研究页岩油孔隙尺度运移特征提供参考。

关键词： 油气勘探   孔隙压力预测   小尺度网格   速度场模型  

摘要： 深度域层速度场参数是孔隙压力预测方法中最为重要的参数之一,但由于层析成像建模方法受地震资料品质的依赖程度较高,针对复杂构造地层或薄层目标地层,常规层析成像方法的模型建立精度难以得到保障,进而影响孔隙压力预测的精度。针对上述问题,本文提出一种基于小尺度网格层析成像的速度场建立方法,该方法对泥岩欠压实地层目标域构造进行网格剖分,通过解析共偏移距域道集的剩余曲率为自变量的三维矩阵方程以得到每个剖分网格点的剩余速度校正量,进而利用剩余速度校正量进行模型更新迭代,以提高速度场及孔隙压力预测的精度。剩余速度场的分辨率及精度由网格步长大小决定,减小网格步长间距能够提高剩余速度场模型建立的精度及分辨率,但会大幅降低建模效率。运用该方法对泥岩欠压实地层广泛发育的渤海A油田进行了方法测试,由实际资料测试结果分析可知,与常规方法相比,利用小尺度网格层析速度反演方法建立的速度场,能够大幅提高速度场建模的分辨率及精度,进而提高孔隙压力预测的精度,该方法有望在实际生产当中得到广泛的应用。

关键词： 多孔介质   孔隙尺度   CT成像   多相渗流  

摘要： 针对常规实验手段无法深入探究多孔介质内微观渗流机理问题,开发了一套基于微焦点CT成像技术的多相渗流实验系统。该实验系统主要由CT主机、模拟驱替环节、温度控制环节及数据采集环节等组成。整个实验过程主要包括CT主机预热、扫描参数确定、CT校正、检漏与真空处理、注液实验与CT扫描和CT图像处理等步骤。在实验平台上进行了CO_(2)^(-)盐水两相流动可视化研究,探讨了岩心内部孔隙结构与骨架分布特征、气-液界面演变规律和孔隙尺度多孔介质润湿机理。实验系统实现了孔隙尺度至岩心尺度多孔介质内多相多组分渗流过程监测。